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  <title>计算机组成原理笔记（第一章） | ALgarth's blog</title>
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  <meta name="description" content="今天突然意识到该写一份计算机组成原理的笔记 那就写呗 为的是方便我个人的复习以及对读者进行启发 目录根据《计算机组成原理（第二版）》唐朔飞奶奶的的那本书来的 内容涵盖并结合书中内容，练习题，“林北不能忍了”学长的笔记，刘宏伟老师MOOC  计算机组成原理笔记（第一章）第一章内容相对较少 主要包括以下部分  1.软硬件和语言 2.冯诺依曼机器 3.概述一些计算机技术指标  首先把一部分内容说在前面">
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                <h1 class="kratos-entry-title text-center">计算机组成原理笔记（第一章）</h1>
                
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                <hr />
                <blockquote>
<p>今天突然意识到该写一份计算机组成原理的笔记</p>
<p>那就写呗</p>
<p>为的是方便我个人的复习以及对读者进行启发</p>
<p>目录根据《计算机组成原理（第二版）》唐朔飞奶奶的的那本书来的</p>
<p>内容涵盖并结合书中内容，练习题，“林北不能忍了”学长的笔记，刘宏伟老师MOOC</p>
</blockquote>
<h1 id="计算机组成原理笔记（第一章）"><a href="#计算机组成原理笔记（第一章）" class="headerlink" title="计算机组成原理笔记（第一章）"></a>计算机组成原理笔记（第一章）</h1><p>第一章内容相对较少</p>
<p>主要包括以下部分</p>
<blockquote>
<p>1.软硬件和语言</p>
<p>2.冯诺依曼机器</p>
<p>3.概述一些计算机技术指标</p>
</blockquote>
<p>首先把一部分内容说在前面，方便后续的理解：</p>
<p>假设一个C语言程序，在跑的时候会生成.c .o .exe文件，这些文件的生成过程中，我们只关心最后的.o-&gt;.exe而且只关心之间的微程序和电子硬件层面，不涉及具体的汇编语言实现，也不涉及编译原理，请自行学习其他内容。</p>
<p>同时，机组关心如何存取指令，运算指令等等的细节，不从宏观的代码角度理解代码的编译，希望在学习之前有一定的认知</p>
<h2 id="软硬件和语言"><a href="#软硬件和语言" class="headerlink" title="软硬件和语言"></a>软硬件和语言</h2><h3 id="软硬件"><a href="#软硬件" class="headerlink" title="软硬件"></a>软硬件</h3><p>先上定义！！</p>
<blockquote>
<p>以下内容选自课本</p>
<p><strong>硬件</strong>：计算机的实体部分</p>
<p><strong>软件</strong>：由人们实现编制好的具有各类特殊功能的程序</p>
<p><strong>固件</strong>：把软件永恒的存储在只读存储器中</p>
</blockquote>
<p>下边先上一张框图</p>
<ul>
<li>硬件</li>
<li>软件<ul>
<li>系统软件</li>
<li>应用软件</li>
</ul>
</li>
</ul>
<p>系统软件和应用软件进行判别相对而言比较容易。稍微介绍以下系统软件给出的例子</p>
<blockquote>
<p>语言处理系统（编译器）</p>
<p>操作系统</p>
<p>服务型程序（MPI）</p>
<p>数据库管理系统</p>
<p>网络软件</p>
</blockquote>
<p>这部分实在是没什么好说的</p>
<h3 id="语言"><a href="#语言" class="headerlink" title="语言"></a>语言</h3><p>下面给出几种语言</p>
<blockquote>
<p>高级语言：比如C语言，c++，JAVA，Python</p>
<p>汇编语言：一种贴近机器语言的语言，内部写法是一个操作符加上一个或多个地址的格式</p>
<p>机器语言：一大串二进制代码（计算机唯一认识的语言）</p>
</blockquote>
<p>还要注意的是，汇编语言拜托不了实际机器的指令系统，因此，汇编语言不具有通用性。</p>
<p>下面再给出几种说法：</p>
<blockquote>
<p>汇编程序：将汇编语言生成机器语言</p>
<p>编译程序：将机器语言一次性全部生成机器语言</p>
<p>解释程序：将源程序一行一行生成机器语言，只能一行一行来，而且如果重复解释程序的，需要重新生成逐行对应的机器语言</p>
<p>翻译程序：编译程序或解释程序。高级语言生成机器语言，是上述两者的组合产物</p>
</blockquote>
<p>注意：以上的程序都是软件</p>
<p>给出一个C语言的例子便于理解</p>
<p>一个C语言程序，生成.c文件，经过编译生成.o文件，最后连接生成.exe文件。</p>
<p>C语言的翻译先经过一次预编译，执行内部的#include和#define，之后编译，生成一整套汇编语言.o文件，最后把.o文件进行汇编生成机器语言，形成可执行的.exe文件</p>
<p>希望这样的解释可以方便理解上面的定义</p>
<h2 id="冯诺依曼机器"><a href="#冯诺依曼机器" class="headerlink" title="冯诺依曼机器"></a>冯诺依曼机器</h2><h3 id="冯诺依曼结构的5条特点"><a href="#冯诺依曼结构的5条特点" class="headerlink" title="冯诺依曼结构的5条特点"></a>冯诺依曼结构的5条特点</h3><blockquote>
<p><strong>基本框架</strong>：计算机由运算器，存储器，控制器，输入设备，输出设备5个设备组成</p>
<p><strong>指令和数据的存放</strong>：指令和数据以同等地位存放在存储器中，都是二进制数表示，并按照地址寻访</p>
<p><strong>指令的组成</strong>：指令由地址码和操作码组成，前者表示指令在存储器中的位置，后者表示操作的性质</p>
<p><strong>指令的顺序</strong>：指令在存储器内顺序存放，通常指令顺序执行，特定条件下也可以改变运算顺序</p>
<p><strong>中心</strong>：机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器之间的数据通过运算器完成</p>
<p>（最后一条在现在的计算机中做了更改，以存储器为中心，并将输入输出设备与运算器之间的数据通过存储器完成）</p>
</blockquote>
<p>而且有：</p>
<p>1.冯诺依曼提出上述结构时正在和美国军方研究第一台计算机ENIAC，新的计算机EDVAC设计的时候才使用了。</p>
<p>2.这个结构最重要的概念是存储程序的概念</p>
<h3 id="五大结构"><a href="#五大结构" class="headerlink" title="五大结构"></a>五大结构</h3><p>五大结构是有一定层次和组合的。</p>
<p>运算器和控制器集合成为CPU，CPU和存储器中的主存集合成为主机，输入输出设备合称IO或者外部设备</p>
<p>（为了更直观希望各位画个图感受一下）</p>
<p>以下根据大分类简介两个内容，CPU和MM（主存）</p>
<p><del>IO内容过于简单就不说了</del></p>
<h4 id="CPU"><a href="#CPU" class="headerlink" title="CPU"></a>CPU</h4><p>CPU内部的运算器主要是ALU（算术逻辑单元），这个单元和CU是CPU的核心部件，但是不代表只有这两个部件。</p>
<h5 id="运算器"><a href="#运算器" class="headerlink" title="运算器"></a>运算器</h5><p>运算器中，主要有三个寄存器，ACC，MQ，X。</p>
<p>进行加减乘除这样的双目运算的时候，单说加减，两个寄存器完全够用，例如一个存放加数1，另一个存放加数2，结果也存在第二个里面。但是由于乘除有着乘积高位和低位，除法还有取模，所以需要用到三个，这第三个就是MQ</p>
<blockquote>
<p>ACC用以存放被加数被减数和加减结果，乘积高位和被除数，模</p>
<p>MQ：只存放乘法的乘积低位，乘数，商</p>
<p>X存放加数，减数，被乘数，除数</p>
</blockquote>
<p>值得注意的是，本来ACC存放被操作数，但是乘法刚好反过来由X承担。</p>
<p>当然后话是，有的机器用MDR取代X</p>
<h5 id="控制器"><a href="#控制器" class="headerlink" title="控制器"></a>控制器</h5><p>控制器的运行过程包括取指（是取指令，不是寻址），分析，执行</p>
<p>控制器上面来说，控制器包括三者组成：</p>
<blockquote>
<p>程序计数器（PC）：存放当前操作的地址进行计数，有新操作的时候就地址++。</p>
<p>指令寄存器（IR）：存放当前的指令</p>
<p>控制单元（CU）：分析指令并加以控制</p>
</blockquote>
<h4 id="主存"><a href="#主存" class="headerlink" title="主存"></a>主存</h4><p>主存的层次结构如下所示</p>
<ul>
<li>主存<ul>
<li>存储体<ul>
<li>存储单元<ul>
<li>存储元（存储基元）</li>
</ul>
</li>
</ul>
</li>
<li>逻辑部件</li>
<li>控制电路</li>
</ul>
</li>
</ul>
<p>着重看一下这个存储体，存储体是主存中可以进行存储的空间，这部分空间设计上被划分成小块，每一块是一个存储单元，每一个存储单元可以存储一长串二进制代码，每一个二进制代码称之为一个存储元</p>
<p>存储字长 = 存储单元.length()；</p>
<p>主存中存在两个寄存器：MAR，MDR</p>
<blockquote>
<p>MAR：存放预访问的存储单元地址，位数对应着存储单元的个数</p>
<p>MDR：存放即将存入的代码和取出的代码，位数和机器字长相同</p>
</blockquote>
<h2 id="概述一些计算机技术指标"><a href="#概述一些计算机技术指标" class="headerlink" title="概述一些计算机技术指标"></a>概述一些计算机技术指标</h2><blockquote>
<p>机器字长; CPU一次可以处理的位数，取决于寄存器的数目</p>
<p>存储容量：包括主存容量和缓存容量，计算方式为存储单元数 * 存储字长（习惯上用K，M，KB，MB进行表示）</p>
<p>运算速度：运算速度的单位是MIPS，（百万条指令每秒），因为频率的单位Hz本身蕴含的含义就是秒的倒数，所以可以直接理解为ps，计算的时候直接计算就完事儿了。</p>
<p>运算速度的另一种表示：CPI（时钟频率），时钟频率是机器主频的倒数，计算的时候综合所有的指令时间占比进行比例乘积相加就行，他和上面的那个MIPS的关系为MIPS*CPI=主频，这个式子计算的时候务必保证单位要统一，如果单位带有百万条的M的话可能更好计算</p>
</blockquote>
<p>这里就不放例题了，等到做题的时候自己看看就行</p>
<p>第一章内容到此结束。</p>
<hr>
<p><em>我是ALgarth，如果有缘，我们下次再见。</em></p>
<p><em>图片来自网络，侵删。</em></p>
<p><em>本人拙笔草见，如果内容有误，请及时联系修改</em></p>

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                    <h5>本作品采用 <a rel="license nofollow" target="_blank" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">知识共享署名-相同方式共享 4.0 国际许可协议</a> 进行许可</h5>
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            const title         = "「计算机组成原理笔记（第一章）」";
            const excerpt       = `
今天突然意识到该写一份计算机组成原理的笔记
那就写呗
为的是方便我个人的复习以及对读者进行启发
目录根据《计算机组成原理（第二版）》唐朔飞奶奶的的那本书来的
内容涵盖并结合书中内容，练习题，“林北不能忍了”学长的笔记，刘宏伟老师MO...`;
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                    <span>最后编辑：2020-12-28</span>
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                    <a title=" 计算机组成原理笔记（第二章）" href="/2020/10/19/organization1/">下一篇 &gt;</a>
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            <ol class="toc"><li class="toc-item toc-level-1"><a class="toc-link" href="#%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%E7%AC%94%E8%AE%B0%EF%BC%88%E7%AC%AC%E4%B8%80%E7%AB%A0%EF%BC%89"><span class="toc-number">1.</span> <span class="toc-text">计算机组成原理笔记（第一章）</span></a><ol class="toc-child"><li class="toc-item toc-level-2"><a class="toc-link" href="#%E8%BD%AF%E7%A1%AC%E4%BB%B6%E5%92%8C%E8%AF%AD%E8%A8%80"><span class="toc-number">1.1.</span> <span class="toc-text">软硬件和语言</span></a><ol class="toc-child"><li class="toc-item toc-level-3"><a class="toc-link" href="#%E8%BD%AF%E7%A1%AC%E4%BB%B6"><span class="toc-number">1.1.1.</span> <span class="toc-text">软硬件</span></a></li><li class="toc-item toc-level-3"><a class="toc-link" href="#%E8%AF%AD%E8%A8%80"><span class="toc-number">1.1.2.</span> <span class="toc-text">语言</span></a></li></ol></li><li class="toc-item toc-level-2"><a class="toc-link" href="#%E5%86%AF%E8%AF%BA%E4%BE%9D%E6%9B%BC%E6%9C%BA%E5%99%A8"><span class="toc-number">1.2.</span> <span class="toc-text">冯诺依曼机器</span></a><ol class="toc-child"><li class="toc-item toc-level-3"><a class="toc-link" href="#%E5%86%AF%E8%AF%BA%E4%BE%9D%E6%9B%BC%E7%BB%93%E6%9E%84%E7%9A%845%E6%9D%A1%E7%89%B9%E7%82%B9"><span class="toc-number">1.2.1.</span> <span class="toc-text">冯诺依曼结构的5条特点</span></a></li><li class="toc-item toc-level-3"><a class="toc-link" href="#%E4%BA%94%E5%A4%A7%E7%BB%93%E6%9E%84"><span class="toc-number">1.2.2.</span> <span class="toc-text">五大结构</span></a><ol class="toc-child"><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#CPU"><span class="toc-number">1.2.2.1.</span> <span class="toc-text">CPU</span></a><ol class="toc-child"><li class="toc-item toc-level-5"><a class="toc-link" href="#%E8%BF%90%E7%AE%97%E5%99%A8"><span class="toc-number">1.2.2.1.1.</span> <span class="toc-text">运算器</span></a></li><li class="toc-item toc-level-5"><a class="toc-link" href="#%E6%8E%A7%E5%88%B6%E5%99%A8"><span class="toc-number">1.2.2.1.2.</span> <span class="toc-text">控制器</span></a></li></ol></li><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#%E4%B8%BB%E5%AD%98"><span class="toc-number">1.2.2.2.</span> <span class="toc-text">主存</span></a></li></ol></li></ol></li><li class="toc-item toc-level-2"><a class="toc-link" href="#%E6%A6%82%E8%BF%B0%E4%B8%80%E4%BA%9B%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E6%8A%80%E6%9C%AF%E6%8C%87%E6%A0%87"><span class="toc-number">1.3.</span> <span class="toc-text">概述一些计算机技术指标</span></a></li></ol></li></ol>
        
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    <h4 class="widget-title"><i class="fa fa-tags"></i>标签聚合</h4>
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        <a href="/tags/OS/" style="font-size: 0.6em;">OS</a> <a href="/tags/c-%E4%BB%8E%E5%85%A5%E9%97%A8%E5%88%B0%E4%B8%8D%E5%85%A5%E9%97%A8/" style="font-size: 0.7em;">c++从入门到不入门</a> <a href="/tags/priority-queue/" style="font-size: 0.6em;">priority_queue</a> <a href="/tags/projectpool/" style="font-size: 0.6em;">projectpool</a> <a href="/tags/tmp/" style="font-size: 0.6em;">tmp</a> <a href="/tags/trailer/" style="font-size: 0.7em;">trailer</a> <a href="/tags/update/" style="font-size: 0.6em;">update</a> <a href="/tags/%E5%89%8D%E8%A8%80/" style="font-size: 0.6em;">前言</a> <a href="/tags/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86/" style="font-size: 0.8em;">计算机组成原理</a> <a href="/tags/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%E6%B1%87%E6%80%BB/" style="font-size: 0.6em;">计算机组成原理汇总</a> <a href="/tags/%E8%AE%A1%E7%BD%91/" style="font-size: 0.6em;">计网</a>
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  <h4 class="widget-title"><i class="fa fa-file"></i>最新文章</h4>
  <div class="tab-content">
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            <a class="list-group-item" href="/2021/12/23/tmp/"><i class="fa  fa-book"></i> 小范围开源期末材料</a>
            
          
        
          
          
            <a class="list-group-item" href="/2021/10/30/OS/"><i class="fa  fa-book"></i> OS第一章</a>
            
          
        
          
          
            <a class="list-group-item" href="/2021/10/23/cnet/"><i class="fa  fa-book"></i> 计网第一章</a>
            
          
        
          
          
        
          
          
            <a class="list-group-item" href="/2021/10/19/projectpool/"><i class="fa  fa-book"></i> 计划进程池设定</a>
            
          
        
          
          
        
          
          
            <a class="list-group-item" href="/2020/12/31/organization-ex/"><i class="fa  fa-book"></i> 计算机组成原理汇总篇</a>
            
          
        
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
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